Android开发板之串口开发

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Android开发板之串口开发

简介

首先描述一下我的应用项目，它是一个简单的智能盒子，主要内容：是通过Android开发板上的串口进行数据的读取操作，一块android开发板外接一个Arduino，再接一个传感器，当传感器上返回数据后在Arduino上进行编程处理，转换成Android程序想要的数据，再通过串口通信输入到Android程序中进行响应操作。

那说完用途，接下来说说这个具体的Android开发，Android的串口编程，在网上我们可以找到开源项目android-serialport-api，这个在github下载到：https://github.com/cepr/android-serialport-api(GITHUB的地址),有兴趣的可以下载源码做做研究。

由于android-serialport-api的代码的复杂，对于初学者不是很适合，所以我将串口开发的几个主要涉及到的知识点抽取出来，使大家易懂容易上手。

精华集锦：关于Android串口，简单的总结出主要的四部曲：打开串口，串口输入，串口输出，关闭串口。而串口有五个重要的参数：串口设备名，波特率，检验位，数据位，停止位，其中检验位一般默认位NONE,数据位一般默认为8，停止位默认为1，校验位是为了减少误差的会根据奇、偶进行补位操作，下面具体的和我一起来分解我的项目：

一、项目配置

首先，看一下项目结构：创建了一个jni和jniLibs的两个包文件夹，在AndroidStudio 下SO文件需要放在jniLibs下，将MK和C一些文件放在jni下。如图：

再就是，在main/Java下，创建android_serialport_api包，放入SerialPort.java文件，这个包名必须的是和jni包下的SerialPort.c中的函数名同步的，（这样做是为了保持与C函数中的方法名同步，如果不这样做你需要根据你自己建立的包的名字来更改SerialPort.c中的函数名，其实无所谓了）。

二、代码讲解

1、程序的入口activity类：
在这个类中，通过设置按钮配置，打开按钮打开串口，发送按钮点击向串口输出数据，实现了在串口TX和RX短接的情况下，模拟串口的读写数据。

package com.xkdx.serial_test;


import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.text.TextUtils;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

import android_serialport_api.SerialPort;

public class MainActivity extends Activity {
    protected SerialPort mSerialPort;
    protected InputStream mInputStream;
    protected OutputStream mOutputStream;
    private TextView text;
    private String prot = "ttyS0";//串口号（具体的根据自己的串口号来配置）
    private int baudrate = 9600;//波特率（可自行设定）
    private static int i = 0;
    private StringBuilder sb;

    Handler handler = new Handler() {
        public void handleMessage(android.os.Message msg) {
            if (msg.what == 1) {
                text.setText(text.getText().toString().trim()+sb.toString());
            }
        }
    };
    private Thread receiveThread;
    private Thread sendThread;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        sb = new StringBuilder();
        text = (TextView) findViewById(R.id.text_receive);
        //设置按钮事件
        Button btn_set = (Button) findViewById(R.id.btn_set);
        btn_set.setOnClickListener(new OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View v) {
                EditText et_prot = (EditText) findViewById(R.id.et_prot);
                EditText et_num = (EditText) findViewById(R.id.et_num);
                prot = TextUtils.isEmpty(et_prot.getText().toString().trim()) ? "ttyS0"
                        : et_prot.getText().toString().trim();
                baudrate = Integer.parseInt(TextUtils.isEmpty(et_num.getText()
                        .toString().trim()) ? "9600" : et_num.getText()
                        .toString().trim());
            }
        });

        //打开按钮事件
        Button btn_open = (Button) findViewById(R.id.btn_open);
        btn_open.setOnClickListener(new OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View v) {
                // 配置并打开串口
                try {
                    mSerialPort = new SerialPort(new File("/dev/" + prot), baudrate,
                            0);
                    mInputStream = mSerialPort.getInputStream();
                    mOutputStream = mSerialPort.getOutputStream();
                    receiveThread();
                } catch (SecurityException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    Log.i("test", "打开失败");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        //发送按钮事件
        Button btn_send = (Button) findViewById(R.id.btn_send);
        btn_send.setOnClickListener(new OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View v) {
                // 发送串口信息
                sendThread = new Thread() {
                    @Override
                    public void run() {
                        while (true) {
                            try {
                                i++;
                                mOutputStream.write(("1").getBytes());
                                Log.i("test", "发送成功:1" + i);
                                Thread.sleep(1000);
                            } catch (Exception e) {
                                Log.i("test", "发送失败");
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
                };
                sendThread.start();
            }
        });

        //关闭按钮事件
        Button btn_close = (Button) findViewById(R.id.btn_receive);
        btn_receive.setOnClickListener(new OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                closeSerialPort();
            }
        });

    }

    private void receiveThread() {
        // 接收串口信息
        receiveThread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    int size;
                    try {
                        byte[] buffer = new byte[1024];
                        if (mInputStream == null)
                            return;
                        size = mInputStream.read(buffer);
                        if (size > 0) {
                            String recinfo = new String(buffer, 0,
                                    size);
                            Log.i("test", "接收到串口信息:" + recinfo);
                            sb.append(recinfo).append(",");
                            handler.sendEmptyMessage(1);
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        receiveThread.start();
    }

    /**
     * 关闭串口
     */
    public void closeSerialPort() {

        if (mSerialPort != null) {
            mSerialPort.close();
        }
        if (mInputStream != null) {
            try {
                mInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if (mOutputStream != null) {
            try {
                mOutputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

    2、在整个项目中SerialPort.Java是最重要的类，在这个类中完成了对串口权限的修改，通过jni调用底层C函数，实现串口的一系列操作。代码：

package android_serialport_api;

import android.util.Log;
import java.io.File;
import java.io.FileDescriptor;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class SerialPort {

    private static final String TAG = "SerialPort";
    private FileDescriptor mFd;
    private FileInputStream mFileInputStream;
    private FileOutputStream mFileOutputStream;

    public SerialPort(File device, int baudrate, int flags) throws SecurityException, IOException {

        //检查访问权限，如果没有读写权限，进行文件操作，修改文件访问权限
        if (!device.canRead() || !device.canWrite()) {
            try {
                //通过挂在到linux的方式，修改文件的操作权限
                Process su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");
                //一般的都是/system/bin/su路径，有的也是/system/xbin/su
                String cmd = "chmod 777 " + device.getAbsolutePath() + "\n" + "exit\n";
                su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());

                if ((su.waitFor() != 0) || !device.canRead() || !device.canWrite()) {
                    throw new SecurityException();
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new SecurityException();
            }
        }

        mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);

        if (mFd == null) {
            Log.e(TAG, "native open returns null");
            throw new IOException();
        }

        mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);
        mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);
    }

    // Getters and setters
    public InputStream getInputStream() {
        return mFileInputStream;
    }

    public OutputStream getOutputStream() {
        return mFileOutputStream;
    }

    // JNI(调用java本地接口，实现串口的打开和关闭)
    /**
     * @param path     串口设备的据对路径
     * @param baudrate 波特率
     * @param flags    校验位
     */
    private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);

    public native void close();

    static {//加载jni下的C文件库
        System.loadLibrary("serial_port");
    }
}

3、再来看看SerialPort.c文件，在这个C文件中，主要实现了Open()和Close()方法的实现。

/*
 * Copyright 2009-2011 Cedric Priscal
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <jni.h>

#include "SerialPort.h"

#include "android/log.h"
static const char *TAG="serial_port";
#define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,  TAG, fmt, ##args)
#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
#define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)

static speed_t getBaudrate(jint baudrate)
{
    switch(baudrate) {
    case 0: return B0;
    case 50: return B50;
    case 75: return B75;
    case 110: return B110;
    case 134: return B134;
    case 150: return B150;
    case 200: return B200;
    case 300: return B300;
    case 600: return B600;
    case 1200: return B1200;
    case 1800: return B1800;
    case 2400: return B2400;
    case 4800: return B4800;
    case 9600: return B9600;
    case 19200: return B19200;
    case 38400: return B38400;
    case 57600: return B57600;
    case 115200: return B115200;
    case 230400: return B230400;
    case 460800: return B460800;
    case 500000: return B500000;
    case 576000: return B576000;
    case 921600: return B921600;
    case 1000000: return B1000000;
    case 1152000: return B1152000;
    case 1500000: return B1500000;
    case 2000000: return B2000000;
    case 2500000: return B2500000;
    case 3000000: return B3000000;
    case 3500000: return B3500000;
    case 4000000: return B4000000;
    default: return -1;
    }
}

/*
 * Class:     android_serialport_SerialPort
 * Method:    open
 * Signature: (Ljava/lang/String;II)Ljava/io/FileDescriptor;
 */
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open
  (JNIEnv *env, jclass thiz, jstring path, jint baudrate, jint flags)
{
    int fd;
    speed_t speed;
    jobject mFileDescriptor;

    /* Check arguments */
    {
        speed = getBaudrate(baudrate);
        if (speed == -1) {
            /* TODO: throw an exception */
            LOGE("Invalid baudrate");
            return NULL;
        }
    }

    /* Opening device */
    {
        jboolean iscopy;
        const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);
        LOGD("Opening serial port %s with flags 0x%x", path_utf, O_RDWR | flags);
        fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);
        LOGD("open() fd = %d", fd);
        (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf);
        if (fd == -1)
        {
            /* Throw an exception */
            LOGE("Cannot open port");
            /* TODO: throw an exception */
            return NULL;
        }
    }

    /* Configure device */
    {
        struct termios cfg;
        LOGD("Configuring serial port");
        if (tcgetattr(fd, &cfg))
        {
            LOGE("tcgetattr() failed");
            close(fd);
            /* TODO: throw an exception */
            return NULL;
        }

        cfmakeraw(&cfg);
        cfsetispeed(&cfg, speed);
        cfsetospeed(&cfg, speed);

        if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg))
        {
            LOGE("tcsetattr() failed");
            close(fd);
            /* TODO: throw an exception */
            return NULL;
        }
    }

    /* Create a corresponding file descriptor */
    {
        jclass cFileDescriptor = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
        jmethodID iFileDescriptor = (*env)->GetMethodID(env, cFileDescriptor, "<init>", "()V");
        jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, cFileDescriptor, "descriptor", "I");
        mFileDescriptor = (*env)->NewObject(env, cFileDescriptor, iFileDescriptor);
        (*env)->SetIntField(env, mFileDescriptor, descriptorID, (jint)fd);
    }

    return mFileDescriptor;
}

/*
 * Class:     cedric_serial_SerialPort
 * Method:    close
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_close
  (JNIEnv *env, jobject thiz)
{
    jclass SerialPortClass = (*env)->GetObjectClass(env, thiz);
    jclass FileDescriptorClass = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");

    jfieldID mFdID = (*env)->GetFieldID(env, SerialPortClass, "mFd", "Ljava/io/FileDescriptor;");
    jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, FileDescriptorClass, "descriptor", "I");

    jobject mFd = (*env)->GetObjectField(env, thiz, mFdID);
    jint descriptor = (*env)->GetIntField(env, mFd, descriptorID);

    LOGD("close(fd = %d)", descriptor);
    close(descriptor);
}

4、Android.mk

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)
TARGET_PLATFORM := android-3
LOCAL_MODULE    := serial_port
LOCAL_SRC_FILES := SerialPort.c
LOCAL_LDLIBS    := -llog

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

    如果你要修改so文件的名称，请修改LOCAL_MODULE:= serial_port,主要的就是这些，还有其他的类就不一 一说了，打开一看就明白。

调试和总结：

在调试中如果大家没有串口硬件的话可以使用PC机+模拟器完成调试实验。具体操作方法：

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1、打开cmd进入到android开发的sdk目录下的tools文件夹下；

2、执行命令emulator @（你自己的模拟器的名字） -qemu -serial COM3（COM3是你的PC的一个串口通过命令挂载到你的模拟器上，当然你也可以是COM1跟你电脑对应）；例：我的模拟器叫123，我给模拟器挂载的电脑上的串口是COM3，则执行：emulator @123 -qemu -serial COM3

这样你会看到模拟器已经启动，这时候你将程序部署上运行即可。
如果用程序打开串口，提示没有读写权限。应该在命令提示符下用linux命令赋予读写的权限： 进入shell：adb shell 进入设备目录：#cd dev 修改权限：#chmod 777 ttyS2即可。（这个我已经写入程序内，无需在添加，如果LOG日志打印显示无权限，那就只能你手动在执行一边，再解说以下这个进入shell,这个是adb shell,你的命令执行的目录下必须有adb shell.exe多的不解释了）

Demo截图：

下载地址：seriail_test串口测试代码

Demo运行操作说明：由于只是为测试程序的串口收发通过性，所以将串口的TX和DX短接，然后实现自发自收的功能。主要操作：首先你将串口的TX和DX短接后，在APP里面输入端口号和波特率，点击设置按钮，如果不进行设置，则默认端口为ttyS0,波特率为9600设置完后，点击打开按钮，去设置和打开串口，再去点击发送按钮，程序就进行自己发送信息了，默认内容为1；最后点击关闭则关闭串口，释放流对象。（Demo只是为测试代码的通过性，如果按照我描述的步骤走，不会有BUG,测试已通过）。

希望我的文章对你有一定的帮助，要是有实在解决不了的问题，请留言给我！如果你有什么好的分享也请留言给我！